自旋軌道扭矩 MRAM 單元的示意圖，其中鎢層產生自旋電流來切換磁性狀態。照片：Yen-Lin Huang，紐約大學。
眾所周知，可靠地切換材料中磁排列方向的能力（稱為磁化切換的過程）在大多數存儲設備的功能中發揮著核心作用。實現這一目標的一種已知策略需要通過電流在電子自旋上產生旋轉力（即扭矩）；稱為自旋軌道扭矩（SOT）的物理效應。
基於這種效應的信息存儲設備稱為自旋軌道動量磁隨機存取存儲器（SOT-MRAM）。人們發現這些存儲系統具有各種顯著的優點，例如即使在斷電時也能夠保留數據、與各種其他現有存儲解決方案相比能夠快速切換以及低功耗。
來自國立陽明交通大學、台積電、工研院等機構的研究人員最近開發出一種基於含有重金屬鎢的複合材料的新型SOT-MRAM，該材料以其強自旋軌道耦合而聞名。文章中介紹了他們的存儲設備 發表 V 天然電子學可以使用現有的大規模半導體製造工藝來製造。
該論文的第一作者 Yen-Lin Huang 告訴 Tech Xplore：“我們的動機來自於需要真正低功耗、高速且可靠的內存來支持下一代計算。” “儘管自旋軌道扭矩 MRAM 已被提出很長時間，但挑戰在於在與半導體行業兼容的工藝中展示納秒切換、長保留和大規模集成。”
Huang 及其同事最近研究的主要目標是開發能夠同時實現速度和耐用性的 MRAM，但也可以使用電子行業常用的工藝進行製造。他們創建的存儲設備將信息沿磁化方向存儲在薄鐵磁層中。
故教授與國立交通大學研究小組。照片：紐約大學因林斯頓。
“我們不使用磁場，而是使用自旋軌道扭矩——通過鎢層的電流產生自旋，在約 1 納秒內改變磁化強度，”黃解釋道。
“與 DRAM 和閃存相比，我們的 MRAM 將非易失性（如閃存）與納秒速度（如 DRAM）結合在一起，但功耗低得多，並且不需要刷新周期。這裡的獨特之處在於鎢相的穩定性，提供高旋轉效率和工業級集成。”
研究人員使用 64 KB 陣列製作了內存原型，然後評估了其在實際應用條件下的性能。 SOT-MRAM 已被發現可實現 1 ns 的卓越開關速度和超過 10 年的保留時間。
“我們穩定了鎢相，這通常很難控制，但對於高達 700°C 的旋轉效率至關重要，”黃說。 “我們的研究表明，SOT-MRAM 可以擴展到片上緩存和片上內存，從而實現高能效的人工智能和邊緣計算，其中速度和非易失性都很重要。”
Huang 及其同事最近的工作可能為高性能鎢 β 相 SOT-MRAM 的可擴展和大規模生產開闢新的機會。未來，其他研究小組可以利用這項研究來開發其他快速、穩定且與現有製造工藝兼容的存儲系統。
黃補充道：“我們現在的目標是超越實驗陣列，邁向兆位級集成，同時將寫入電流降低至亞皮焦/位水平。” “在物理方面，我們正在探索新的氧化物和 2D 接口，以進一步提高效率和可靠性。另一個重點是系統級演示，展示 MRAM 如何降低人工智能加速器和移動設備的總體功耗。”
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附加信息：
Yen-Lin Huang 等人，基於反饋兼容 β-鎢的 64Kbit 自旋軌道動量磁隨機存取存儲器， 天然電子學 （2025）。 二：10.1038/S41928-025-01434-X。
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引文：下一代存儲器：基於鎢的 SOT-MRAM 可實現納秒切換和低功耗存儲（2025 年 10 月 13 日），2025 年 10 月 13 日檢索自 https://techxplore.com/news/2025-10- Generation-memory-tungsten-based-sot.html。
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